CN105269149A - 一种金刚石钻头激光自动焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床与工装夹具、自动控制系统；激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方形成焦点；钻头自动激光焊接机床与工装夹具配合，夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。本系统的优点是：采用激光焊接的金刚石钻头具有较高的剪切强度和高温强度，可以大大延长钻头的使用寿命；自动化程度高，采用自动控制系统控制激光参数及钻头自动激光焊接机床；运行稳定，加工速度快，产品精度高。

Description

一种金刚石钻头激光自动焊接系统

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种金刚石钻头激光自动焊接系统。

背景技术

薄壁金刚石工程钻头由圆钢筒基体和刀头组成，传统工艺采用电镀、整体烧结、火焰钎焊、高频焊等方法将刀头固定在基体上，但在干钻条件下，钎焊钻头常常在高速旋转工作时产生热量使钎料软化或熔化，出现刀头脱落现象。采用激光焊接金刚石钻头焊接强度高，热影响区小，产品精度高，具有较高的剪切强度和高温强度，在使用时能承受高温和较大的冲击，即使在缺水的情况下也不易出现刀头脱落情况，因而可以大大延长钻头的使用寿命。

高功率射频板条CO2激光器具有光束质量高，光学损耗低，热稳定性高，气体消耗低，结构紧凑等优点，在激光切割、激光焊接等激光加工领域得到广泛的应用。新一代全国产化高稳定性准基模射频板条CO2激光器具有系统稳定性好，价格低于进口设备，无He运行成本低等特点，已逐渐在国内推广使用。

发明内容

本发明的目的是充分利用激光焊接的优势，提供了一种金刚石钻头激光自动焊接系统，该系统自动化程度高，稳定性好，可以满足金刚石钻头加工的技术要求。

本发明所采用的技术方案是这样的：

金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床、刀头传送系统、自动控制系统，激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方位置形成焦点，所述自动控制系统控制对象为激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送、人机交互接口；所述钻头自动激光焊接机床夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。

进一步地，所述钻头自动激光焊接机床包括基体驱动结构和工装夹具，两者固定在同一底座上，呈左右设置；所述钻头基体驱动结构由三爪卡盘、传动箱、驱动电机组成；所述工装夹具包括夹紧气缸、摆动气缸、伸缩气缸和夹头，所述摆动气缸控制所述夹头在90度范围内摆动。

进一步地，所述激光器为高功率射频板条C02激光器。

进一步地，所述传动箱1∶70涡轮蜗杆减速传动。

进一步地，所述驱动电机由CPU以脉中方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。

进一步地，所述刀头传送系统包括气缸A、气缸B、推杆、传送带、棘轮，气缸A推动棘轮带动传送带运送刀头，气缸B通过所述推杆将所述传送带上刀头到抓取位置。

进一步地，所述人机交互接口有键盘操作界面，并集成一个西门子TD200操作员面板，其与CPU用专用电缆连接。

进一步地，所述人机交互接口，设计若干个开关信号输入，向用户提供交互式的菜单界面，完成系统功能控制、设置焊接参数、焊接过程调整和系统故障检测。

进一步地，所述驱动电机由CPU以脉中方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。

综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、采用激光焊接的金刚石钻头具有较高的剪切强度和高温强度，可以大大延长钻头的使用寿命，技术上优于传统方式；

2、自动化程度高，采用自动控制系统控制激光参数及钻头自动激光焊接机床；运行稳定，加工速度快，产品精度高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明钻头自动激光焊接机床结构图；

图3为本发明刀头传送系统示意图；

图4为本发明自动控制系统结构图；

图5为本发明自动控制系统工作流程图。

具体实施方式

为进一步说明本发明的特征和结构，以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床、刀头传送系统、自动控制系统，激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方位置形成焦点，所述自动控制系统控制对象为激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送、人机交互接口；所述钻头自动激光焊接机床夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。

如图2所示，所述钻头自动激光焊接机床包括基体驱动结构和工装夹具，两者固定在同一底座上，呈左右设置；所述钻头基体驱动结构由三爪卡盘1、传动箱2、驱动电机3组成；所述工装夹具包括夹紧气缸4、摆动气缸5、伸缩气缸6和夹头7，所述摆动气缸5控制所述夹头7在90度范围内摆动；所述激光器为高功率射频板条C02激光器；所述传动箱2为1：70涡轮蜗杆减速传动；所述驱动电机3由CPU以脉冲方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。选用的电机及其驱动器具有高性能的实时自动调整增益、高速高相应、超低振动、优良的速度和扭矩等特点，保证基体合理的线速度、快速、平稳的启动、停止性能。特点是：定位精度高，刚性好，运转快速、平稳。

工作原理：钻头基体送进传动箱三爪卡盘1→焊接端部用基体定位机构定位→夹紧基体→根据钻头基体直径用电机调整机械手上下的位置→机械手在垂直位置夹取刀头→摆动90°与基体相对→点焊→机械手退回夹取下一个刀头→卡盘旋转设置角度→刀头全部点焊→钻头整体焊接。钻头基体直径为25～350mm，三爪卡盘1采用超大中心孔结构，全数字交流伺服电机使用松下MDMA102P1H003，电机驱动器选其配套的MDDDT3530。

如图3所示，所述刀头传送系统包括气缸A8、气缸B9、推杆10、传送带11、棘轮12，气缸A8推动棘轮12带动传送带11运送刀头，气缸B9通过所述推杆10将所述传送带11上刀头到抓取位置。

所述人机交互接口有键盘操作界面，并集成一个西门子TD200操作员面板，其与CPU用专用电缆连接，这种配置方式可以为CPU节约很多I/O接口[11]，同时节约了开发时间和成本；平行气爪和直线气缸分别装配两个电感式行程开关，开启时间小于0.5ms，重复精度达0.1mm；旋转气缸配置两个电感式接近开关，最大切换频率可至1，500Hz，重复精度达到0.075mm。

如图4所示，控制系统的控制对象由激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送和人机交互接口，各单元之间控制关系结构原理如图4所示。主要有2个电机、6个气缸、13个LED和显示器，输入信号有8个键盘命令、18个传感器检测信号和显示器输入信号。

图5为控制系统工作流程图。钻头基体驱动电机由CPU以脉中方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。刀头传送装置按照工序需要实时传送即将用于焊接的刀头，机械手自动抓取刀头并送至机床上的基体处，完成夹取、伸缩和摆动三种动作，处理器控制完成激光工作方式及关闸开关，打点焊接和连续焊接工序。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.金刚石钻头激光自动焊接系统，主要包括激光器、导光聚焦系统、钻头自动激光焊接机床、刀头传送系统、自动控制系统，激光器产生的高功率高光束质量激光束，经过导光聚焦系统，在钻头自动激光焊接机床上方位置形成焦点，其特征在于：所述自动控制系统控制对象为激光器、光路系统、基体驱动、刀头装夹、刀头传送、人机交互接口；所述钻头自动激光焊接机床夹紧待焊钻头；在自动控制系统的作用下，钻头自动焊接机床调整到合适位置，在调整为预设参数的激光束作用下完成焊接操作。

2.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述钻头自动激光焊接机床包括基体驱动结构和工装夹具，两者固定在同一底座上，呈左右设置；所述钻头基体驱动结构由三爪卡盘、传动箱、驱动电机组成；所述工装夹具包括夹紧气缸、摆动气缸、伸缩气缸和夹头，所述摆动气缸控制所述夹头在90度范围内摆动。

3.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述激光器为高功率射频板条CO2激光器。

4.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述传动箱1∶70涡轮蜗杆减速传动。

5.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述驱动电机由CPU以脉冲方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。

6.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述刀头传送系统包括气缸A、气缸B、推杆、传送带、棘轮，气缸A推动棘轮带动传送带运送刀头，气缸B通过所述推杆将所述传送带上刀头到抓取位置。

7.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述人机交互接口有键盘操作界面，并集成一个西门子TD200操作员面板，其与CPU用专用电缆连接。

8.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述人机交互接口，设计若干个开关信号输入，向用户提供交互式的菜单界面，完成系统功能控制、设置焊接参数、焊接过程调整和系统故障检测。

9.根据权利要求1所述的金刚石钻头激光自动焊接系统，其特征在于：所述驱动电机由CPU以脉冲方式控制驱动，按照焊接工艺的需要达到规定的转速和稳定度。